C语言中用于产生随机数的函数使用方法总结

在UNIX操作系统和window的操作系统上，我们知道有一个函数rand，它就是用来产生随机数的函数API接口，那么它的原理如何实现？
如果约定a1=f(seed),an+1=f(an)，那么可以得到一个序列a1,a2,a3..an，那么要制作一个伪随机函数rand，只需要让它每调用一次就返回序列的下一个元素就行。其实就是相当于第1次调用rand返回a1，第2次返回a2，…，第n次返回an，这样每次返回的数值都不一样，也就是相当于随机数了。但是其实不是真正的随机数，真正的随机数是使用物理现象产生的：比如掷钱币、骰子、转轮、使用电子元件的噪音、核裂变等等。这样的随机数发生器叫做物理性随机数发生器，它们的缺点是技术要求比较高。那到底什么是随机数呢？

随机数：随机数就是每次运行代码的时候随机产生的数，每次产生的数的值是无法确定的，返回 0 到 RANDMAX 之间的随机整数值，不包含 RANDMAX 的值，RANDMAX 的范围最少是在32767之间（int），即双字节（16位数）。若用 unsigned int 双字节是65535，四字节是4294967295的整数范围。而且 0 到 RANDMAX 每个数字被选中的概率是相同的。

原理：产生随机数的原理是根据一个值，一般称为随机种子，然后把这个种子作为参数，经过一系列的公式运算产生出一个值，这个值就是随机数。

在 C 语言当中使用随机数要用到 rand 函数和 srand 函数，

int rand()：返回值为随机值，参数为空，通过 rand 函数就会产生一个随机数。

void srand(unsigned int seed)：返回值为空， 就是设置随机种子的，当我们不设置随机种子的时候，默认设置的种子为 1，也就是srand(1)。

使用：

#include<stdlib.h>//得引入 stdlib.h 这个头文件
int main()
{
 int rand_num = rand();
 printf("rand_num = %d\n", rand_num);
 return 0;
}

每次运行的结果都一样，这是为什么呢？上面已经说了，随机数产生的是有一个随机种子作为参数，然后返回一个值，而且默认的随机种子为1，所以每次产生的随机数都一样。

如果我们修改一下随机种子，会发现随机数和原来的不一样了，但是每次运行的结果还是一样：

#include<stdlib.h>//得引入 stdlib.h 这个头文件
int main()
{
 srand(3);
 int rand_num = rand();
 printf("rand_num = %d\n", rand_num);
 srand(5);
 rand_num = rand();
 printf("rand_num = %d\n", rand_num);
 return 0;
}

两次的输出结果不一样，我的输出结果如下：

rand_num = 50421

rand_num = 847425747

但是我们程序肯定是写好之后，不改动随机种子，然后每次产生不同的值才对啊，那我们来如何做呢？既然产生的随机值与种子有关，只要每次的随机种子不一样，那么产生的随机值也不一样，我们就可以把时间作为随机种子，因为每次运行时，时间都不一样，因此产生的随机值也不一样，因此我们可以这样：

#include<time.h> //使用 time 函数必须引入 time.h 头文件
#include<stdlib.h>
int main()
{
 srand((int)time(0));
 int rand_num = rand();
 printf("rand_num = %d\n", rand_num);
 return 0;
}

这样的话，每次输出结果都不一样了。

通过上面的方法，我们可以获取不同的随机值了，但是我们一般会获取一定范围内的随机值，比如返回 0~100 之间的返回值，比如模拟骰子，随机返回 1~6 的值。那么我们该如何做呢？

我们要返回 0~6 的随机值，只需在上面返回随机值的地方对 7 取余即可：

int rand_num = rand() % 7;
printf("rand_num = %d\n", rand_num);

所以我们如果要返回 0~a 的随机值，只要对 a + 1 取余即可，所以有下面的公式：

int rand_num = rand() % (a + 1);//返回 0 ~ a 的随机值

如果我们要返回 a ~ b 的随机值，公式是什么呢？因为随机数取余法只能返回 0 到某个数的随机值，所以 a ~ b 的随机值，我们可以先返回 0 ~ (b – a)的随机值，然后再加上 a 即可:

int rand_num = rand() % (b - a + 1);//1、返回 0 ~ （b - a）的随机值
rand_num = rand_num + a; //2、返回 a ~ b 的随机值

因此上面的 1 和 2 合并之后的公式为：

int rand_num = rand() % (b - a + 1) + a;//返回 a ~ b 的随机值

大家现在做这样的操作：

#include<stdlib.h>
int main()
{
 srand(2);//随机种子固定为2
 for(int i = 0; i < 5; i++)
 {
 int rand_num = rand();
 printf("rand_num = %d\n", rand_num);//注意输出结果  
 }
 return 0;
}

既然随机种子一样，为什么输出结果不一样呢？这里得注意一下，如果程序没有结束，而且也没有重新设置过随机种子，那么系统会把上次的随机值作为下次随机函数的随机种子，因此在上面的 for 循环当中，其实每次的循环种子都不一样，怎么验证呢？先看我这里的输出结果为：

rand_num = 33614

rand_num = 564950498

rand_num = 1097816499

rand_num = 1969887316

rand_num = 140734213

我们可以把随机种子设置成其中的一个 rand_num 值，比如 33614，那么输出结果如果为 564950498 的话，那么说明在 for 循环中每次都把随机值作为下次的随机函数的随机种子了。

srand(33614);
int rand_num = rand();
printf("rand_num = %d\n", rand_num);

结果：

rand_num = 564950498；

验证完毕。

arc4random() 函数：

这个函数是 C 语言封装的一个比较智能的随机函数，我们只要调用这个函数，就会产生随机数，不用设置随机种子，而且用法很简单：

int arc_rand = arc4random();
printf("arc_rand = %d\n", arc_rand);

每次的运行结果都不一样。如果要产生 a ~ b 的随机值，公式也是：

arc4random() % (b - a + 1) + a;